CN112096387A - 一种深海扬矿立管装置及其下放与回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海扬矿立管装置，包括提升泵，提升泵下端连接有过渡短节Ⅱ，过渡短节Ⅱ远离提升泵的一端依次连接有扬矿管、过渡短节Ⅰ和中继站；提升泵的上端依次连接有过渡短节Ⅲ、扬矿管、过渡短节Ⅳ和伸缩装置，伸缩装置远离过渡短节Ⅳ的一端依次连接有调整短节和球型接头，球型接头远离调整短节的一端连接有矿浆排出弯管，矿浆排出弯管上连接有外输软管，球型接头卡接在卡紧装置中，卡紧装置固接在底座上，卡紧装置位于底座的台面中心位置。本发明一种深海扬矿立管装置的下放方法，本发明一种深海扬矿立管装置的回收方法，解决了现有技术中存在的刚性连接使得扬矿立管系统不能适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆的问题。

Description

一种深海扬矿立管装置及其下放与回收方法

技术领域

本发明属于深海采矿工程装备技术领域，涉及一种深海扬矿立管装置，还涉及上述一种深海扬矿立管装置的下放方法，还涉及上述一种深海扬矿立管装置的回收方法。

背景技术

目前，在海洋矿产资源开发中，最有经济意义、最具发展前景和高技术含量最多的，是海洋油气资源与多金属结核等矿物资源的开发。我国深海多金属结核采矿装备研究还处于起步阶段，需要加快研究步伐为深水采矿装备的实船建造提供技术支撑。采矿系统装备主要包括集矿子系统、水力提升子系统、水面支持子系统和监控与动力子系统等，扬矿立管系统属于水力提升子系统的范畴，水面支持子系统主要用于水力提升子系统的下放和回收。现有的技术有：

文献一“一种用于深海采矿工程的水面支持布放回收系统”(申请号201711454449.5)公开了一种深海采矿工程的水面支持布防回收系统，主要包括月池活门装置、电缆布放回收装置、采矿车布放回收装置、管道自动化对接与拆卸装置、管道存储转运及辅助联接装置、塔架与提升装置、软管布放回收装置、辅助作业装置，各装置布置在月池周围和船舶尾部甲板上。

文献二“一种深海采矿输送硬管夹持摇摆装置”(申请号201711453879.5)公开了一种深海采矿输送硬管夹持摇摆装置，该装置由月池工作平台、活动门总成、动力卡瓦、万向节、液压泵站及其电气控制系统组成。

扬矿立管系统是整个采矿系统的核心组成部分，主要由中继站、提升泵、扬矿管、管船连接装置、矿浆排出弯管等组成，其中中继站主要用来临时存储海底采矿车采出的矿浆，提升泵主要进行水力提升，实现扬矿到船体台面，扬矿管主要为扬矿系统提供扬矿通道，矿浆排出弯管实现矿浆从竖直到水平的输送。现有的扬矿立管系统存在效率低、刚性连接使得扬矿立管系统不能适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆等问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种深海扬矿立管装置，解决了现有技术中存在的刚性连接使得扬矿立管系统不能适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆的问题。

本发明的第二目的是提供一种深海扬矿立管装置的下放方法。

本发明的第三目的是提供一种深海扬矿立管装置的回收方法。

本发明所采用的技术方案是，一种深海扬矿立管装置，包括提升泵，提升泵下端连接有过渡短节Ⅱ，过渡短节Ⅱ远离提升泵的一端依次连接有扬矿管、过渡短节Ⅰ和中继站；

提升泵的上端依次连接有过渡短节Ⅲ、扬矿管、过渡短节Ⅳ和伸缩装置，伸缩装置远离过渡短节Ⅳ的一端依次连接有调整短节和球型接头，球型接头远离调整短节的一端连接有矿浆排出弯管，矿浆排出弯管上连接有外输软管，球型接头卡接在卡紧装置中，卡紧装置固接在底座上，卡紧装置位于底座的台面中心位置。

本发明的特点还在于：

伸缩装置包括外筒，外筒内套接有内筒，内筒可在外筒91中伸缩运动，外筒上部外圈设置有若干个张紧环，每个张紧环均通过张紧钢丝绳连接钢丝绳式张紧器，张紧环与钢丝绳式张紧器之间配设有张紧器转向滑轮，张紧钢丝绳绕过张紧器转向滑轮与钢丝绳式张紧器连接。

张紧环为八个，

球型接头包括心轴总成，心轴总成活动连接有主壳体，心轴总成可在球型接头的主壳体中转动，主壳体连接有悬挂短节，悬挂短节的中部设置有凸台。

卡紧装置包括压板，压板中间开有通孔，压板固定在支撑台上，支撑台中间开有孔，孔与通孔相对，孔的直径大小与通孔的直径大小均大于悬挂短节的外管直径，压板上开有圆环凹槽，圆环凹槽位于通孔处，圆环凹槽与凸台相匹配，支撑台安装在补心b上，补心b安装在补心a内，补心a安装在支撑盘内，支撑盘内安装在底座的台面上。

一种深海扬矿立管装置的下放方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在台面中心孔处安装支撑盘，在支撑盘内安装补心a，在支撑盘内安装液压卡瓦；

步骤2，下放中继站；

将中继站移送到底座台面下部，利用塔架、液压吊卡、游车大钩、天车、钢丝绳、绞车组成的提升系统，打开液压卡瓦，从液压卡瓦内下入过渡短节Ⅰ，将过渡短节Ⅰ和中继站连接，然后慢慢下放至过渡短节Ⅰ上端部伸出底座台面约1.2的位置，关闭液压卡瓦，将过渡短节Ⅰ上部坐在台面中心的液压卡瓦内；

步骤3，下放标准扬矿管；

利用提升系统提起扬矿管，在液压卡瓦上端完成与过渡短节Ⅰ的对接，然后打开液压卡瓦，提升系统提起管串从液压卡瓦内下放管道；然后重复该工艺，直至中继站下放至设计深度；然后关闭液压卡瓦，使扬矿管坐在液压卡瓦内，并使扬矿管伸出底座台面约1.2米的位置；

步骤4，连接过渡短节Ⅱ；

提升系统提起过渡短节Ⅱ，将渡短节Ⅱ下端与扬矿管对接，保证过渡短节Ⅱ伸出底座台面约1.2米的位置，关闭液压卡瓦，使过渡短节Ⅱ坐在液压卡瓦内；

步骤5，连接提升泵；

提升系统提起过渡短节Ⅲ和提升泵组成的管串，完成提升泵与过渡短节Ⅱ的对接；

步骤6，下放提升泵；

下放提升泵前，先取出液压卡瓦和补心a，然后提起过渡短节Ⅲ，下放提升泵，直到过渡短节Ⅲ伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a和液压卡瓦，并关闭液压卡瓦，使整个管串坐在液压卡瓦内；

步骤7，重复步骤3，下放标准扬矿管3；

下放扬矿管，直至中继站下放至设计深度，连接下入过渡短节Ⅳ，然后使过渡短节Ⅳ坐在液压卡瓦内；

步骤8，连接伸缩装置；

提起下入工具、调整短节和伸缩装置组成的管串，进行伸缩装置与渡短节Ⅳ的对接；

步骤9，下放伸缩装置；

先取出液压卡瓦和补心a；然后下放下入工具、调整短节与伸缩装置组成的管串，直至调整短节伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a和液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤10，连接球型接头；

拆除调整短节上部的下入工具；连接下入工具与球型接头，提升系统提起下入工具，下放球型接头，将球型接头下部与调整短节上部连接好；

步骤11，下放球型接头；

先取出液压卡瓦；然后下放球型接头及其下部管串，直至伸缩装置的张紧环下放至设计位置，然后回装液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤12，连接张紧器的张紧钢丝绳；

步骤13，解锁伸缩装置的内筒与外筒之间的液压锁紧机构；张紧器逐渐加压，使管串的重量完全由张紧钢丝绳承受；然后解锁伸缩装置内外筒。然后取出液压卡瓦，安装补心b；

步骤14，卡紧球型接头；

提起下入工具，使球型接头的凸台上升到底座的台面中心偏上位置，然后安装卡紧装置的支撑台，使球型接头的凸台坐在支撑台上，然后安装压板，并用螺栓固定在支撑台上，使凸台卡在支撑台和压板中间的凹槽中；

步骤15，连接矿浆排出弯管；

拆除下入工具，安装矿浆排出弯管；调整张紧器的压力，使张紧环处于中位，完成下放。

一种深海扬矿立管装置的回收方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，拆除矿浆排出弯管，连接下入工具；

步骤2，拆除卡紧装置，调整张紧器的压力，利用提升系统上提管串，回装液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤3，操作调整张紧器工作压力，锁紧伸缩装置的内筒和外筒，拆除张紧器的张紧钢丝绳；

步骤4，下放提升系统提起下部管串，取出液压卡瓦，上提管串，直至调整短节上端面伸出底座台面约1.2米的位置，回装液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤5，拆除球型接头下端与调整短节的连接螺栓，取出球型接头，然后拆除下入工具与球型接头的连接螺栓；

步骤6，重新将下入工具连接到调整短节的上部，然后提起管串，取出液压卡瓦，同时取出补心a，上提管串，直至过渡短节Ⅳ上端部伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a13、液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤7，拆除伸缩装置下部与过渡短节Ⅳ之间的连接螺栓，取出调整短节、伸缩装置组成的管串。

步骤8，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦，上提管串，直至扬矿管上端部伸出底座台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤9，解开过渡短节Ⅳ与扬矿管，提出过渡短节Ⅳ；

步骤10，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦，上提管串，直至扬矿管上端部伸出底座台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；然后重复该步骤，取出标准扬矿管，直至过渡短节Ⅲ上端部伸出底座台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤11，拆除扬矿管与过渡短节Ⅲ，下放提升系统提起下部管串，取出液压卡瓦，同时取出补心a，慢慢上提管串，直至过渡短节Ⅱ上端部伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a、液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；

步骤12，解开过渡短节Ⅱ与扬矿管，提出过渡短节Ⅱ；

步骤13，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦，慢慢上提管串，直至扬矿管上端部伸出底座台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦，使管串坐在液压卡瓦内；然后重复该步骤，取出标准扬矿管，直至直到中继站下底面高出船体甲板面；

步骤14，准备船体甲板小车，使中继站坐在底座下部的小车上，拆除中间站上部与过渡短节Ⅰ连接螺栓，然后取出过渡短节Ⅰ，移开中间站，完成回收。

本发明的有益效果是：本发明一种深海扬矿立管装置，解决了现有技术中存在的刚性连接使得扬矿立管系统不能适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆的问题。采用法兰和螺纹相结合的连接方式，即保证了系统设备的可靠连接，又可实现管串的快速连接；并设置有伸缩装置和球型接头，可实现扬矿管与船体的柔性连接，适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆等问题，实现矿浆的连续稳定输送。本发明一种深海扬矿立管装置的下放方法，本发明一种深海扬矿立管装置的回收方法，工作流程衔接紧密，可实现扬矿立管系统的合理、有序、安全、高效的下放和回收。

附图说明

图1是本发明一种深海扬矿立管装置的结构示意图；

图2是本发明一种深海扬矿立管装置中伸缩装置连接示意图；

图3是本发明一种深海扬矿立管装置中张紧钢丝绳连接示意图；

图4是本发明一种深海扬矿立管装置中底座台面中心位置设备安装示意图；

图5是本发明的一种深海扬矿立管装置中下放初始位置示意图；

图中，1.中继站；2.过渡短节Ⅰ；3.扬矿管；4.过渡短节Ⅱ；5.螺栓；6.提升泵；7.过渡短节Ⅲ；8.过渡短节Ⅳ；9.伸缩装置；91.外筒；92.内筒；93.张紧环；10.调整短节；11.球型接头；111.心轴总成；112.主壳体；113.悬挂短节；114.凸台；12.支撑盘；13.补心a；14.补心b；15.卡紧装置；151.压板；152.支撑台；16.矿浆排出弯管；17.下入工具；18.底座；19.塔架；20.张紧钢丝绳；21.转向滑轮；22.张紧器液缸；23.液压吊卡；24.游车大钩；25.液压卡瓦；26.天车；27.钢丝绳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种深海扬矿立管装置，如图1所示，包括提升泵6，提升泵6下端连接有过渡短节Ⅱ4，过渡短节Ⅱ4远离提升泵6的一端依次连接有扬矿管3、过渡短节Ⅰ2和中继站1；

提升泵6的上端依次连接有过渡短节Ⅲ7、扬矿管3、过渡短节Ⅳ8和伸缩装置9，伸缩装置9远离过渡短节Ⅳ8的一端依次连接有调整短节10和球型接头11，球型接头11远离调整短节10的一端连接有矿浆排出弯管16，矿浆排出弯管16上连接有外输软管，球型接头11卡接在卡紧装置15中，卡紧装置15固接在底座18上，卡紧装置15位于底座18的台面中心位置。

如图2和图3所示，伸缩装置9包括外筒91，外筒91内套接有内筒92，内筒92可在外筒91中伸缩运动，外筒91上部外圈设置有若干个张紧环93，每个张紧环93均通过张紧钢丝绳21连接钢丝绳式张紧器23，张紧环93与钢丝绳式张紧器23之间配设有张紧器转向滑轮22，张紧钢丝绳21绕过张紧器转向滑轮22与钢丝绳式张紧器23连接。

张紧环93为八个，

如图4所示，球型接头11包括心轴总成111，心轴总成111活动连接有主壳体112，心轴总成111可在球型接头11的主壳体112中转动，主壳体112连接有悬挂短节113，悬挂短节113的中部设置有凸台114。

卡紧装置15包括压板151，压板151中间开有通孔，压板151固定在支撑台152上，支撑台152中间开有孔，孔与通孔相对，孔的直径大小与通孔的直径大小均大于悬挂短节113的外管直径，压板151上开有圆环凹槽，圆环凹槽位于通孔处，圆环凹槽与凸台114相匹配，支撑台152安装在补心b14上，补心b14安装在补心a13内，补心a13安装在支撑盘12内，支撑盘12内安装在底座18的台面上。

本发明一种深海扬矿立管装置的原理为，提升泵6两端为法兰结构，下部通过螺栓5与上部同为法兰结构的过渡短节Ⅱ4相连，过渡短节Ⅱ4下部为外螺纹扣，下部通过螺纹扣与扬矿管3相连，扬矿管3上部为内螺纹扣，下部为外螺纹扣，扬矿管3的下部通过螺纹扣连接有多根扬矿管3，扬矿管3的数量根据设计需要进行确定，扬矿管3的下部通过螺纹扣与过渡短节Ⅰ2相连，过渡短节Ⅰ2的上部为内螺纹扣，下部为法兰结构，过渡短节Ⅰ2下部通过螺栓5与中继站1相连，中继站1的顶部预留法兰接口。其中设置的过渡短节Ⅰ2、过渡短节Ⅱ4是为了进行螺纹与法兰的转换，完成提升泵6和中继站1的顺利连接和下放回收。中继站1和提升泵6两端的连接采用法兰，扬矿管3的连接采用螺纹，即保证了设备的可靠连接，又实现了管子的快速连接下放。

提升泵6的上端通过螺栓5与下部同为法兰结构的过渡短节Ⅲ7相连，过渡短节Ⅲ7的上部为内螺纹扣，过渡短节Ⅲ7的结构形式和长度与过渡短节Ⅰ2相同，这样的设置可减少过渡短节的种类。过渡短节Ⅲ7的上部通过螺纹扣与扬矿管3相连，扬矿管3的上部通过螺纹扣连接有多根扬矿管3，扬矿管3的数量根据设计需要进行确定，扬矿管3的上部通过螺纹扣与过渡短节Ⅳ8相连，过渡短节Ⅳ8的上部为法兰结构，过渡短节Ⅳ8的结构形式和长度与过渡短节Ⅱ4相同，这样的设置可减少过渡短节的种类。过渡短节Ⅳ8的上部与伸缩装置9的底部相连。伸缩装置9的上下端部均为法兰结构，伸缩装置9的上部与调整短节10的下部相连，调整短节10的上下端部同样为法兰结构，调整短节10用于伸缩装置9的长度补偿，确保伸缩装置9工作时，其中位处于船体甲板面，方便伸缩装置9的连接和安装。调整短节10上部与球型接头11的下部相连，球型接头11上下端部同样为法兰结构，球型接头11坐在底座19的台面中心位置的卡紧装置15中，球型接头11上部连接到矿浆排出弯管16的下部，矿浆排出弯管16为90°弯管，上下端部均为法兰结构，实现扬矿通道从竖直到水平的转换，矿浆排出弯管16的上端部连接外输软管。提升泵6、伸缩装置9、球型接头11、矿浆排出弯管16的连接采用法兰，扬矿管3的连接采用螺纹，即保证了设备的可靠连接，又实现了管子的快速连接下放。

伸缩装置9的结构为内外筒套装结构，内筒92可在外筒91中伸缩运动。伸缩装置9的外筒91的底部为法兰结构，外筒91上部外圈设置有八个张紧环93，每一个张紧环93分别通过张紧钢丝绳21，绕过张紧器转向滑轮22，连接到钢丝绳式张紧器23上，通过钢丝绳式张紧器23收放张紧钢丝绳21来抵消海浪引起船体升沉运动所带来的扬矿立管系统的上下运动，从而保持扬矿立管系统的稳定状态，与此同时，船体升沉运动时伸缩装置9的内筒92可在外筒91内上下运动，从而保持扬矿通道稳定、可靠，伸缩装置9的内外筒长度可根据作业海况进行确定，从而保证内筒92不会从外筒91中脱离出来，内外筒不工作时可通过液压机构进行锁紧。

球型接头11的结构为球铰结构，心轴总成111可在球型接头11的主壳体112中转动，并可转动一定角度，角度值的大小可根据具体海况进行确定。通过心轴总成111在主壳体112中摆动来克服船体摇摆运动所带来的扬矿系统的摇摆运动，从而保持扬矿立管系统的稳定状态，确保扬矿通道稳定、可靠。主壳体112上部为法兰结构通过螺栓连接在悬挂短节113下部，悬挂短节113上下端部均为法兰结构，悬挂短节的中间偏上位置设置有凸台114，凸台114是在悬挂短节113外管上焊接的凸出台体，工作时坐在卡紧装置15中。

卡紧装置15的原理是，压板151为两瓣式结构，主要为了在管串安装好后再对其进行安装，压板151中间为通孔，满足悬挂短节113外管在中间通过，压板151通过螺栓固定在支撑台152上，支撑台152同样为两瓣式，主要也是为了在管串安装好后再对其进行安装，支撑台152中间同样为通孔，满足悬挂短节113外管在中间通过，两者紧紧贴合在一起，中间通孔处设置有圆环凹槽，凹槽尺寸满足凸台114的安装，并又有活动的空间，压板151可保证悬挂短节13不往上串动。支撑台152安装在补心b14上，补心b14安装在补心a13内，补心a13安装在支撑盘12内，支撑盘12内安装在底座18的台面上，这样就能使伸缩装置外筒91以上部分的管串重量传递到底座上，保证的了整个系统的稳定可靠。补心a13为49 1/2补心，补心b14为371/2补心，支撑盘12为495支撑盘。

本发明一种深海扬矿立管装置的下放方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，如图5所示，在台面中心孔处安装支撑盘12，在支撑盘12内安装补心a13，在支撑盘12内安装液压卡瓦25；

步骤2，下放中继站1；

将中继站1移送到底座18台面下部，利用塔架19、液压吊卡23、游车大钩24、天车26、钢丝绳27、绞车28组成的提升系统，打开液压卡瓦25，从液压卡瓦25内下入过渡短节Ⅰ2，将过渡短节Ⅰ2和中继站1连接，然后慢慢下放至过渡短节Ⅰ2上端部伸出底座台面约1.2的位置，关闭液压卡瓦25，将过渡短节Ⅰ2上部坐在台面中心的液压卡瓦25内；

步骤3，下放标准扬矿管3；

利用提升系统提起扬矿管3，在液压卡瓦25上端完成与过渡短节Ⅰ2的对接，然后打开液压卡瓦25，提升系统提起管串从液压卡瓦25内下放管道；然后重复该工艺，直至中继站1下放至设计深度；然后关闭液压卡瓦25，使扬矿管3坐在液压卡瓦25内，并使扬矿管3伸出底座台面约1.2米的位置；

步骤4，连接过渡短节Ⅱ4；

提升系统提起过渡短节Ⅱ4，将渡短节Ⅱ4下端与扬矿管3对接，保证过渡短节Ⅱ4伸出底座台面约1.2米的位置，关闭液压卡瓦25，使过渡短节Ⅱ4坐在液压卡瓦25内；

步骤5，连接提升泵6；

提升系统提起过渡短节Ⅲ7和提升泵6组成的管串，完成提升泵6与过渡短节Ⅱ4的对接；

步骤6，下放提升泵6；

下放提升泵6前，先取出液压卡瓦25和补心a13，然后提起过渡短节Ⅲ7，下放提升泵6，直到过渡短节Ⅲ7伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a13和液压卡瓦25，并关闭液压卡瓦25，使整个管串坐在液压卡瓦25内；

步骤7，重复步骤3，下放标准扬矿管3；

下放扬矿管3，直至中继站1下放至设计深度，连接下入过渡短节Ⅳ8，然后使过渡短节Ⅳ8坐在液压卡瓦25内；

步骤8，连接伸缩装置9；

提起下入工具17、调整短节10和伸缩装置9组成的管串，进行伸缩装置9与渡短节Ⅳ8的对接；

步骤9，下放伸缩装置9；

先取出液压卡瓦25和补心a13；然后下放下入工具17、调整短节10与伸缩装置9组成的管串，直至调整短节10伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a13和液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤10，连接球型接头11；

拆除调整短节10上部的下入工具17；连接下入工具17与球型接头11，提升系统提起下入工具17，下放球型接头11，将球型接头11下部与调整短节10上部连接好；

步骤11，下放球型接头11；

先取出液压卡瓦25；然后下放球型接头11及其下部管串，直至伸缩装置9的张紧环93下放至设计位置，然后回装液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤12，连接张紧器22的张紧钢丝绳20；

步骤13，解锁伸缩装置9的内筒92与外筒91之间的液压锁紧机构；张紧器逐渐加压，使管串的重量完全由张紧钢丝绳20承受；然后解锁伸缩装置9内外筒。然后取出液压卡瓦25，安装补心b14；

步骤14，卡紧球型接头11；

提起下入工具17，使球型接头11的凸台114上升到底座18的台面中心偏上位置，然后安装卡紧装置15的支撑台152，使球型接头11的凸台114坐在支撑台152上，然后安装压板151，并用螺栓固定在支撑台152上，使凸台114卡在支撑台152和压板151中间的凹槽中；

步骤15，连接矿浆排出弯管16；

拆除下入工具17，安装矿浆排出弯管16；调整张紧器22的压力，使张紧环93处于中位，完成下放。

本发明一种深海扬矿立管装置的回收方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，拆除矿浆排出弯管16，连接下入工具17；

步骤2，拆除卡紧装置15，调整张紧器22的压力，利用提升系统上提管串，回装液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤3，操作调整张紧器22工作压力，锁紧伸缩装置9的内筒92和外筒91，拆除张紧器22的张紧钢丝绳20；

步骤4，下放提升系统提起下部管串，取出液压卡瓦25，上提管串，直至调整短节10上端面伸出底座18台面约1.2米的位置，回装液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤5，拆除球型接头11下端与调整短节10的连接螺栓，取出球型接头，然后拆除下入工具17与球型接头11的连接螺栓；

步骤6，重新将下入工具17连接到调整短节10的上部，然后提起管串，取出液压卡瓦25，同时取出补心a13，上提管串，直至过渡短节Ⅳ8上端部伸出底座18台面约1.2米的位置，然后回装补心a13、液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤7，拆除伸缩装置9下部与过渡短节Ⅳ8之间的连接螺栓，取出调整短节10、伸缩装置9组成的管串。

步骤8，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦25，上提管串，直至扬矿管3上端部伸出底座18台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤9，解开过渡短节Ⅳ8与扬矿管3，提出过渡短节Ⅳ8；

步骤10，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦25，上提管串，直至扬矿管3上端部伸出底座18台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；然后重复该步骤，取出标准扬矿管3，直至过渡短节Ⅲ7上端部伸出底座18台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤11，拆除扬矿管3与过渡短节Ⅲ7，下放提升系统提起下部管串，取出液压卡瓦25，同时取出补心a13，慢慢上提管串，直至过渡短节Ⅱ4上端部伸出底座18台面约1.2米的位置，然后回装补心a13、液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；

步骤12，解开过渡短节Ⅱ4与扬矿管3，提出过渡短节Ⅱ4；

步骤13，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦25，慢慢上提管串，直至扬矿管3上端部伸出底座18台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦25，使管串坐在液压卡瓦25内；然后重复该步骤，取出标准扬矿管3，直至直到中继站1下底面高出船体甲板面；

步骤14，准备船体甲板小车，使中继站1坐在底座18下部的小车上，拆除中间站1上部与过渡短节Ⅰ2连接螺栓，然后取出过渡短节Ⅰ2，移开中间站1，完成回收。

本发明一种深海扬矿立管装置，解决了现有技术中存在的刚性连接使得扬矿立管系统不能适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆的问题。采用法兰和螺纹相结合的连接方式，即保证了系统设备的可靠连接，又可实现管串的快速连接；并设置有伸缩装置和球型接头，可实现扬矿管与船体的柔性连接，适应深海作业海况环境带来的升沉、摇摆等问题，实现矿浆的连续稳定输送。本发明一种深海扬矿立管装置的下放方法，本发明一种深海扬矿立管装置的回收方法，工作流程衔接紧密，可实现扬矿立管系统的合理、有序、安全、高效的下放和回收。

Claims (7)

1.一种深海扬矿立管装置，其特征在于，包括提升泵(6)，所述提升泵(6)下端连接有过渡短节Ⅱ(4)，所述过渡短节Ⅱ(4)远离提升泵(6)的一端依次连接有扬矿管(3)、过渡短节Ⅰ(2)和中继站(1)；

所述提升泵(6)的上端依次连接有过渡短节Ⅲ(7)、扬矿管(3)、过渡短节Ⅳ(8)和伸缩装置(9)，伸缩装置(9)远离过渡短节Ⅳ(8)的一端依次连接有调整短节(10)和球型接头(11)，球型接头(11)远离调整短节(10)的一端连接有矿浆排出弯管(16)，矿浆排出弯管(16)上连接有外输软管，所述球型接头(11)卡接在卡紧装置(15)中，所述卡紧装置(15)固接在底座(18)上，所述卡紧装置(15)位于底座(18)的台面中心位置。

2.如权利要求1所述的一种深海扬矿立管装置，其特征在于，所述伸缩装置(9)包括外筒(91)，所述外筒(91)内套接有内筒(92)，所述内筒(92)可在外筒91中伸缩运动，所述外筒(91)上部外圈设置有若干个张紧环(93)，每个所述张紧环(93)均通过张紧钢丝绳(21)连接钢丝绳式张紧器(23)，所述张紧环(93)与钢丝绳式张紧器(23)之间配设有张紧器转向滑轮(22)，所述张紧钢丝绳(21)绕过张紧器转向滑轮(22)与钢丝绳式张紧器(23)连接。

3.如权利要求2所述的一种深海扬矿立管装置，其特征在于，所述张紧环(93)为八个。

4.如权利要求1所述的一种深海扬矿立管装置，其特征在于，所述球型接头(11)包括心轴总成(111)，所述心轴总成(111)活动连接有主壳体(112)，所述心轴总成(111)可在球型接头(11)的主壳体(112)中转动，所述主壳体(112)连接有悬挂短节(113)，所述悬挂短节(113)的中部设置有凸台(114)。

5.如权利要求4所述的一种深海扬矿立管装置，其特征在于，所述卡紧装置(15)包括压板(151)，所述压板(151)中间开有通孔，所述压板(151)固定在支撑台(152)上，所述支撑台(152)中间开有孔，所述孔与通孔相对，所述孔的直径大小与通孔的直径大小均大于悬挂短节(113)的外管直径，所述压板(151)上开有圆环凹槽，所述圆环凹槽位于通孔处，所述圆环凹槽与凸台(114)相匹配，所述支撑台(152)安装在补心b(14)上，所述补心b(14)安装在补心a(13)内，所述补心a(13)安装在支撑盘(12)内，所述支撑盘(12)内安装在底座(18)的台面上。

6.如权利要求1-5任意权力要求所述的一种深海扬矿立管装置的下放方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在台面中心孔处安装支撑盘(12)，在支撑盘(12)内安装补心a(13)，在支撑盘(12)内安装液压卡瓦(25)；

步骤2，下放中继站(1)；

将中继站(1)移送到底座(18)台面下部，利用塔架(19)、液压吊卡(23)、游车大钩(24)、天车(26)、钢丝绳(27)、绞车(28)组成的提升系统，打开液压卡瓦(25)，从液压卡瓦(25)内下入过渡短节Ⅰ(2)，将过渡短节Ⅰ(2)和中继站(1)连接，然后慢慢下放至过渡短节Ⅰ(2)上端部伸出底座台面约1.2的位置，关闭液压卡瓦(25)，将过渡短节Ⅰ(2)上部坐在台面中心的液压卡瓦(25)内；

步骤3，下放标准扬矿管(3)；

利用提升系统提起扬矿管(3)，在液压卡瓦(25)上端完成与过渡短节Ⅰ(2)的对接，然后打开液压卡瓦(25)，提升系统提起管串从液压卡瓦(25)内下放管道；然后重复该工艺，直至中继站(1)下放至设计深度；然后关闭液压卡瓦(25)，使扬矿管(3)坐在液压卡瓦(25)内，并使扬矿管(3)伸出底座台面约1.2米的位置；

步骤4，连接过渡短节Ⅱ(4)；

提升系统提起过渡短节Ⅱ(4)，将渡短节Ⅱ(4)下端与扬矿管(3)对接，保证过渡短节Ⅱ(4)伸出底座台面约1.2米的位置，关闭液压卡瓦(25)，使过渡短节Ⅱ(4)坐在液压卡瓦(25)内；

步骤5，连接提升泵(6)；

提升系统提起过渡短节Ⅲ(7)和提升泵(6)组成的管串，完成提升泵(6)与过渡短节Ⅱ(4)的对接；

步骤6，下放提升泵(6)；

下放提升泵(6)前，先取出液压卡瓦(25)和补心a(13)，然后提起过渡短节Ⅲ(7)，下放提升泵(6)，直到过渡短节Ⅲ(7)伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a(13)和液压卡瓦(25)，并关闭液压卡瓦(25)，使整个管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤7，重复步骤3，下放标准扬矿管3；

下放扬矿管(3)，直至中继站(1)下放至设计深度，连接下入过渡短节Ⅳ(8)，然后使过渡短节Ⅳ(8)坐在液压卡瓦(25)内；

步骤8，连接伸缩装置(9)；

提起下入工具(17)、调整短节(10)和伸缩装置(9)组成的管串，进行伸缩装置(9)与渡短节Ⅳ(8)的对接；

步骤9，下放伸缩装置(9)；

先取出液压卡瓦(25)和补心a(13)；然后下放下入工具(17)、调整短节(10)与伸缩装置(9)组成的管串，直至调整短节(10)伸出底座台面约1.2米的位置，然后回装补心a(13)和液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤10，连接球型接头(11)；

拆除调整短节(10)上部的下入工具(17)；连接下入工具(17)与球型接头(11)，提升系统提起下入工具(17)，下放球型接头(11)，将球型接头(11)下部与调整短节(10)上部连接好；

步骤11，下放球型接头(11)；

先取出液压卡瓦(25)；然后下放球型接头(11)及其下部管串，直至伸缩装置(9)的张紧环(93)下放至设计位置，然后回装液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤12，连接张紧器(22)的张紧钢丝绳(20)；

步骤13，解锁伸缩装置(9)的内筒(92)与外筒(91)之间的液压锁紧机构；张紧器逐渐加压，使管串的重量完全由张紧钢丝绳(20)承受；然后解锁伸缩装置(9)内外筒。然后取出液压卡瓦(25)，安装补心b(14)；

步骤14，卡紧球型接头(11)；

提起下入工具(17)，使球型接头(11)的凸台(114)上升到底座(18)的台面中心偏上位置，然后安装卡紧装置(15)的支撑台(152)，使球型接头(11)的凸台(114)坐在支撑台(152)上，然后安装压板(151)，并用螺栓固定在支撑台(152)上，使凸台(114)卡在支撑台(152)和压板(151)中间的凹槽中；

步骤15，连接矿浆排出弯管(16)；

拆除下入工具(17)，安装矿浆排出弯管(16)；调整张紧器(22)的压力，使张紧环(93)处于中位，完成下放。

7.如权利要求1-5任意权力要求所述的一种深海扬矿立管装置的回收方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，拆除矿浆排出弯管(16)，连接下入工具(17)；

步骤2，拆除卡紧装置(15)，调整张紧器(22)的压力，利用提升系统上提管串，回装液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤3，操作调整张紧器(22)工作压力，锁紧伸缩装置(9)的内筒(92)和外筒(91)，拆除张紧器(22)的张紧钢丝绳(20)；

步骤4，下放提升系统提起下部管串，取出液压卡瓦(25)，上提管串，直至调整短节(10)上端面伸出底座(18)台面约1.2米的位置，回装液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤5，拆除球型接头(11)下端与调整短节(10)的连接螺栓，取出球型接头，然后拆除下入工具(17)与球型接头(11)的连接螺栓；

步骤6，重新将下入工具(17)连接到调整短节(10)的上部，然后提起管串，取出液压卡瓦(25)，同时取出补心a(13)，上提管串，直至过渡短节Ⅳ(8)上端部伸出底座(18)台面约1.2米的位置，然后回装补心a13、液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤7，拆除伸缩装置(9)下部与过渡短节Ⅳ(8)之间的连接螺栓，取出调整短节(10)、伸缩装置(9)组成的管串。

步骤8，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦(25)，上提管串，直至扬矿管(3)上端部伸出底座(18)台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤9，解开过渡短节Ⅳ(8)与扬矿管(3)，提出过渡短节Ⅳ(8)；

步骤10，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦(25)，上提管串，直至扬矿管(3)上端部伸出底座(18)台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；然后重复该步骤，取出标准扬矿管(3)，直至过渡短节Ⅲ(7)上端部伸出底座(18)台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤11，拆除扬矿管(3)与过渡短节Ⅲ(7)，下放提升系统提起下部管串，取出液压卡瓦(25)，同时取出补心a(13)，慢慢上提管串，直至过渡短节Ⅱ(4)上端部伸出底座(18)台面约1.2米的位置，然后回装补心a(13)、液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；

步骤12，解开过渡短节Ⅱ(4)与扬矿管(3)，提出过渡短节Ⅱ(4)；

步骤13，下放提升系统提起下部管串，打开液压卡瓦(25)，慢慢上提管串，直至扬矿管(3)上端部伸出底座(18)台面约1.2米的位置，然后关闭液压卡瓦(25)，使管串坐在液压卡瓦(25)内；然后重复该步骤，取出标准扬矿管(3)，直至直到中继站(1)下底面高出船体甲板面；

步骤14，准备船体甲板小车，使中继站(1)坐在底座(18)下部的小车上，拆除中间站(1)上部与过渡短节Ⅰ(2)连接螺栓，然后取出过渡短节Ⅰ(2)，移开中间站(1)，完成回收。

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